(共37张PPT)
第2章 细胞工程
章末总结
构建·知识网络
归纳·专题小结
项目 原生质体融合 动物细胞融合 受精作用
不同点 细胞类型 体细胞 体细胞 精子与卵细胞
细胞来源 一般来自不同种的生物个体 一般来自不同种的生物个体 来自同一种生物个体
染色体数目 2N1＋2N2 2N1＋2N2 2N
融合条件 需要人工诱导 需要人工诱导 不需要人工诱导
相同点 一般都可由两个细胞融合成一个细胞，体现了细胞膜的流动性，且融合细胞的遗传物质都由原来的两个细胞决定
原生质体融合、动物细胞融合、受精作用的比较(以二倍体生物为例)
如图为细胞融合过程，以下叙述正确的是 ( )
①若A、B细胞为植物细胞，则它们都已经用酶解法去除了细胞壁，D细胞的染色体数目是A细胞和B细胞染色体数目之和
②若A、B细胞分别是精子和卵细胞，则两者融合形成的D是受精卵，其核遗传物质一半来自精子，一半来自卵细胞，质遗传物质几乎全部来自卵细胞
③若A细胞为骨髓瘤细胞，B细胞为已免疫的B淋巴细胞，则D细胞称为杂交瘤细胞，D细胞经培养产生的抗体为单克隆抗体
④若A、B细胞为动物细胞，则D细胞培养的原理是细胞全能性的表达
⑤与传统的有性杂交相比，细胞融合技术优越性在于定向地改造生物的性状
⑥人工诱导动物细胞融合可用灭活的病毒作为诱导剂，而植物细胞融合不能
A．①②③⑥ B．②③④⑤
C．①②⑤⑥ D．①②③④
【答案】A
【解析】若图中A、B为植物细胞，则图示过程为植物体细胞杂交，其实质为植物原生质体的融合，融合前需要使用酶解法(纤维素酶和果胶酶)去除植物的细胞壁，融合的D细胞的染色体数目是A细胞和B细胞的染色体数目之和，①正确；若A、B细胞分别是精子和卵细胞，则两者融合形成的D是受精卵，其核遗传物质一半来自精子，一半来自卵细胞，由于精子的头部插入卵细胞内，尾部留在了外面，故质遗传物质几乎全部来自卵细胞，②正确；
若A细胞为骨髓瘤细胞，B细胞为已免疫的B淋巴细胞，则图示过程为动物细胞融合制备单克隆抗体的过程，C为正在融合的细胞，D为杂交瘤细胞，此细胞经培养可产生单克隆抗体，③正确；若A、B细胞为动物细胞，则D细胞培养的原理是细胞增殖，④错误；与传统的有性杂交相比，细胞融合技术的优越性在于克服远源杂交不亲和的障碍，⑤错误；诱导植物原生质体的融合时用化学法(聚乙二醇)或物理法(电融合法、高Ca2+－高pH融合法)，不能用生物法(灭活病毒)诱导，但诱导动物细胞融合可以用灭活的病毒作为诱导剂，⑥正确。
技术名称 原理 目的
植物组织培养 植物细胞的全能性 获得植物体
植物体细胞杂交 细胞膜的流动性和植物细胞的全能性 获得杂种植株
动物细胞培养 细胞增殖 获得大量细胞或细胞产物
动物细胞融合 细胞膜的流动性 获得杂交细胞
单克隆抗体的制备 细胞膜的流动性和细胞增殖 获得单克隆抗体
动物体细胞核移植 动物体细胞核的全能性 获得克隆动物
细胞工程的各种技术手段及其原理总结
下列有关生物细胞工程的叙述正确的是 ( )
A．动物细胞融合与植物体细胞杂交相比，依据的原理、诱导融合的方法都相同，且获得的融合细胞都具有双亲的遗传特性
B．单克隆抗体的制备利用了细胞膜流动性的原理，用于治疗癌症的“生物导弹”就是以单克隆抗体作为抗癌药物定向杀死癌细胞的
C．细胞工程技术中，植物组织培养、植物体细胞杂交、动物细胞融合、核移植、动物细胞培养及胚胎移植均可获得完整个体
D．动物细胞培养利用了细胞增殖的原理，在动物细胞培养过程中出现的遗传物质改变一般发生于传代培养过程中
【答案】D
【解析】动物细胞融合与植物体细胞杂交相比，依据的原理、诱导融合的方法都不完全相同，前者的原理是细胞膜的流动性，而后者的原理是细胞膜的流动性和植物细胞具有全能性；前者诱导融合的方法包括PEG融合法、电融合法和灭活病毒诱导法，而后者诱导融合的方法是物理法(电融合法、离心法)和化学法(PEG融合法、高Ca2+—高pH融合法)，A错误。单克隆抗体的制备利用了细胞融合技术，其原理是细胞膜的流动性，但用于治疗癌症的“生物导弹”就是借助单克隆抗体的定位导向作用将药物定向带到癌细胞，在原位杀死癌细胞，B错误。
细胞工程技术中，植物组织培养、植物体细胞杂交、核移植、胚胎移植均可获得完整个体，但动物细胞融合、动物细胞培养技术不能获得完整个体，C错误。动物细胞培养利用了细胞增殖的原理，在动物细胞进行原代培养过程中，遗传物质一般不会发生改变，传代培养过程中会出现遗传物质的改变， D正确。
克隆动物与试管动物的比较
项目 克隆动物 试管动物
发育起点 核移植后的重组细胞 受精卵
生殖类型 无性生殖 有性生殖
遗传物质 A的核基因、B的质基因 A、B的核基因，B的质基因
后代性状 几乎全部表现A的性状 双亲性状
生物技术 核移植技术、胚胎移植 体外受精、早期胚胎培养、胚胎移植
项目 克隆动物 试管动物
过程
意义 加速家畜遗传改良进程，拯救濒危物种等 充分发挥雌性优良个体的繁殖潜力，缩短供体本身的繁殖周期
相同点 都利用了动物细胞培养技术和胚胎移植技术
如图表示“试管牛”和“克隆牛”培育过程，有关说法合理的是 ( )
A．两种牛的培育过程都经过了受精作用
B．两种牛培育过程都属于有性生殖
C．两种牛培育过程都用到了胚胎移植技术
D．两种牛体细胞中的遗传物质完全相同
【答案】C
【解析】试管牛的培育过程经过了体外受精，克隆牛的培育过程是通过核移植技术完成的，没有经过受精作用，A错误；试管牛的培育过程经过精子和卵细胞的结合，形成受精卵发育而来，属于有性生殖，克隆牛的培育过程，通过体细胞核和去核卵细胞的融合，形成一个重构胚发育而来，没有两性生殖细胞的结合，属于无性生殖，B错误；两种牛培育过程的最后程序都用到了胚胎移植技术，C正确；试管牛的核遗传物质一半来自精子，一半来自卵细胞，质遗传物质几乎全部来自卵细胞，克隆牛的核遗传物质来自供体核，质遗传物质来自卵细胞，所以两种牛体细胞中的遗传物质不相同，D错误。
胚胎分割与胚胎移植的比较
项目 胚胎分割 胚胎移植
胚胎的来源 体外受精及其他方式得到的胚胎
是否切割 切割 不切割
生殖方式 无性生殖 不确定，取决于胚胎的来源
后代遗传特点 后代具有相同的遗传物质 后代不一定具有相同的遗传物质
处理或移植时期 一般是桑葚胚或囊胚 卵裂期、桑葚胚或囊胚
实例 切割同卵形成的双犊 试管动物和克隆动物
联系 胚胎分割最终涉及胚胎移植，胚胎移植是胚胎工程其他技术的最后一道“程序”
(2023·黑龙江名校期末)如图表示研究人员利用胚胎工程培育优质奶牛的过程，下列相关说法正确的是 ( )
A．①代表体外受精，与体内受精不同的是体外受精前精子需要获能
B．②代表早期胚胎培养，该过程中细胞进行有丝分裂，无细胞分化
C．③代表胚胎分割，需均等分割桑葚胚的内细胞团，以免影响胚胎发育
D．该技术培养出的良种母牛遗传特性完全相同(不考虑突变及环境因素)
【答案】D
【解析】体外受精和体内受精前，精子都需要获能，A错误；②代表早期胚胎培养，该过程中细胞既进行有丝分裂，也进行细胞分化，B错误；③代表胚胎分割，在对囊胚阶段的胚胎进行分割时，要注意将内细胞团均等分裂，以免影响分割后胚胎的恢复和进一步发育，而桑葚胚阶段的胚胎还未形成内细胞团，C错误；该技术培养出的良种母牛的遗传物质来自同一个胚胎，它们的遗传特性完全相同，D正确。
典练·素养提升
素养解读：本章通过学习细胞工程的各种技术，阐明各种技术的相关原理、过程及应用，认同结构与功能相适应、稳态与调节相适应的观点。本章涉及的核心素养有生命观念(通过对细胞的结构与功能、细胞的代谢、细胞的增殖、细胞的分化和全能性、生物的变异与育种、人体内环境与免疫、体外受精、胚胎移植、胚胎分割等知识的学习和整合，逐步形成结构与功能观、遗传与变异观、稳态与调节观、进化与适应观)、科学思维(能结合问题情境，运用分析与综合、归纳与概括等，阐述生命现象与规律，构建知识体系；
通过各种工程技术的研究成果和实际应用，激发学生爱国、爱科学的情感，增强学生直观感知)、科学探究(通过科学发展的具体实例的研究，体会科学家的研究过程，培养分析问题和解决问题的能力，交流与合作的能力；通过对报纸、杂志、电视、互联网等相关信息的搜集整理，培养搜集和处理有效信息的能力)、社会责任(通过对细胞工程的学习，体验现代生物科技日新月异及与现代医学的联系，立志从事生命科学研究的信心；认识科学技术是不断发展的过程，尊重生命，敬畏生命，激发求知热情和社会责任感，关注社会热点，攻克科学难题，立志从事生命科学研究的信心)。
1．(科学思维)下列关于胚胎工程及相关技术的叙述，错误的是 ( )
A．精子入卵后，卵细胞膜会发生反应阻止其他精子入卵
B．胚胎分割的过程中，要注意对桑葚胚的内细胞团均等分割
C．胚胎移植实际上是生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程
D．受体对外来胚胎基本不发生免疫排斥反应，这为胚胎在受体子宫内的存活提供了可能
【答案】B
【解析】精子入卵后，卵细胞膜会发生一种称作卵细胞膜反应的生理反应，从而防止其他精子进入卵细胞，A正确；胚胎分割是将早期胚胎切割成几等分，注意需要将囊胚的内细胞团均等分割，否则影响胚胎的发育和功能，B错误；胚胎移植实际上是生产胚胎的供体和孕育胚胎的受体共同繁殖后代的过程，该过程提高了优良雌性动物的繁殖潜力，C正确；受体对外来胚胎基本不发生免疫排斥反应，这为胚胎在受体子宫内的存活提供了可能，也是胚胎移植的理论基础，D正确。
2．(科学思维)如图表示用二倍体小鼠所做的实验，下列有关叙述正确的是 ( )
A．过程①需运用动物细胞融合技术
B．图中囊胚的细胞基因型都相同
C．嵌合体幼鼠皮毛颜色不同是基因选择性表达的结果
D．上述培养过程用到了胚胎移植技术
【答案】D
【解析】过程①中是将两个胚胎合并，并没有运用动物细胞融合技术，A错误；图中囊胚是由白鼠和黑鼠的胚胎合并形成的，因此其中的细胞的基因型不都相同，有些与白鼠的基因型相同，有些与黑鼠的基因型相同，B错误；嵌合体幼鼠皮毛颜色不同是由于其体细胞分别来源于白鼠和黑鼠的胚胎基因型不同，C错误；将囊胚植入代孕母鼠，在代孕母鼠体内发育，D正确。
3．(生命观念、社会责任)为解决大面积烧伤病人的植皮难题，科学家研制出人造皮肤，研制过程中需要将人的皮肤细胞置于培养瓶中进行培养。培养液配制除必需的已知成分外，还必须加入天然成分，细胞方可正常生长和增殖。下列相关叙述正确的是 ( )
A．人的皮肤细胞培养前需用胃蛋白酶处理，使细胞分散开
B．细胞培养过程中只需不断通入氧气，就能保证细胞正常生命活动
C．培养液中加入的天然成分是血清或血浆，用于补充细胞生长和增殖所需的物质
D．经培养可得到由多层细胞构成的人造皮肤，能直接用于移植
【答案】C
【解析】在培养人的皮肤细胞前，需用胰蛋白酶或胶原蛋白酶进行处理，使细胞分散开，A错误；细胞培养过程中需要无菌无毒、一定的营养、适宜的温度和pH、一定的气体环境，才能保证细胞正常生命活动，B错误；培养液中加入的天然成分是血清或血浆，用于补充细胞生长和增殖所需的物质，C正确；由于存在接触抑制，因此经培养可得到由单层细胞构成的人造皮肤，D错误。
4．(科学探究)女性怀孕后会分泌一种糖蛋白——人绒毛膜促性腺激素(HCG)，一段时间后，会在尿液中检出HCG的存在。用抗HCG单克隆抗体制备的试纸检测女性是否怀孕。图1是抗HCG单克隆抗体制备流程示意图，请分析回答：
(1)制备单克隆抗体利用的生物学技术有__________和__________。给小鼠注射的HCG相当于______，注射后小鼠体内发生的特异性免疫反应类型是____________。
(2)促进动物细胞融合得到乙，常用的诱导方法有________________ ________________________(至少写出3种)。
(3)用特定的选择培养基对乙筛选，得到的细胞丙的特点是______________________。
(4)对丙检测筛选得到丁，采用的方法是____________。生产的单克隆抗体可以与____________特异性结合，从而诊断早孕。
(5)如图2所示，将验孕试纸标有MAX标志线的一端插入待测尿液中(尿液不能没过该线)，片刻后取出平放，若尿液中含有HCG，HCG会随尿液向右扩散，与包埋在标志线右侧区域的被显色剂标记的抗HCG抗体1发生特异性结合，形成的复合体1继续随尿液向右扩散至检测线处，复合体1又可以与固定在该区域的抗体2结合形成复合体2，并不断积累，从而在此处显示颜色。
对照线区域固定这另外一种抗体3，可以捕获被显色剂标记的抗体1。因而当尿液继续扩散到对照线时，也会显示出颜色。
根据上述信息判断，若检测线和对照线均显示颜色，则一般表示__________________；若仅有对照线显示颜色，则一般表示_________ _________；若检测线和对照线均不显示颜色，则表示____________ ________。
【答案】(1)动物细胞培养 动物细胞融合 抗原 体液免疫
(2)PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法
(3)既能大量增殖又能产生特异性抗体
(4)抗原－抗体杂交 人绒毛膜促性腺激素(或HCG)
(5)待测女性已怀孕 待测女性未怀孕 操作不正确或试纸已失效
【解析】(1)根据制备单克隆抗体的过程可知，该技术涉及的生物学技术有动物细胞培养和动物细胞融合。给小鼠注射的HCG相当于抗原，引起机体产生能产生抗体的B淋巴细胞，属于体液免疫。(2)促进动物细胞融合常用的诱导方法有PEG融合法、电融合法、灭活病毒诱导法等。(3)细胞丙是杂交瘤细胞，既能大量增殖又能产生特异性抗体。(4)丁是能够产生所需抗体的杂交瘤细胞，对其产生的抗体可以利用抗原－抗体杂交技术进行检测，生产的单克隆抗体可以与人绒毛膜促性腺激素(或HCG)特异性结合，从而诊断早孕。(5)根据题意分析，若检测线和对照线均显示颜色，则一般表示待测女性已怀孕；若仅有对照线显示颜色，则一般表示待测女性未怀孕；若检测线和对照线均不显示颜色，则表示操作不正确或试纸已失效。(共71张PPT)
第3章 基因工程
章末总结
构建·知识网络
基因工程
基因工程
基因工程
归纳·专题小结
1．三辨
分辨限制酶的种类、识别序列和切割位点。选择限制酶时，不能破坏目的基因的结构。在切割目的基因和载体时，为了便于目的基因和载体连接，一般用同一种限制酶进行切割。但是为了防止目的基因与载体的自连接和随意连接，也可用不同的限制酶进行切割。
2．三找
找出标记基因、目的基因及目的基因插入位点。一般来说，质粒中至少要有一个标记基因，如抗生素抗性基因。明确目的基因的插入位点是在标记基因内部还是在标记基因之外。
基因工程基本操作类试题解题技巧
3．一析
分析目的基因插入质粒后是否会破坏标记基因。如果质粒中仅有一个标记基因，则目的基因插入后不能破坏标记基因；如果质粒中有两个至多个标记基因，则至少应保留一个完整的标记基因。
4．判断目的基因是否导入受体细胞的方法
对细菌来说，一般用含有某种抗生素的培养基培养受体菌，如果质粒上有两种抗生素抗性基因，还需判断用哪一种抗生素来检测。
某质粒上有SalⅠ、HindⅢ、BamHⅠ三种限制酶切割位点，同时还含有抗四环素基因和抗氨苄青霉素基因。利用此质粒获得转基因抗盐烟草的过程如下图所示，请回答下列问题。
(1)将抗盐基因导入烟草细胞内，使烟草植株产生抗盐性状，这种新性状(变异性状)的来源属于__________。
(2)如果将抗盐基因直接导入烟草细胞，一般情况下，烟草不会具有抗盐特性，原因是抗盐基因在烟草细胞中不能 __________，也不能____________。
(3)在构建重组质粒时，应选用________和________两种酶对________和____________________进行切割，以保证重组 DNA 序列的唯一性。
(4)基因工程中的检测筛选是一个重要的步骤。为筛选出导入了重组质粒的农杆菌，下图表示运用影印培养法(使一系列培养皿的相同位置上能出现相同菌落的一种接种培养方法)检测基因表达载体是否导入了农杆菌。
除了含有细菌生长繁殖必需的成分外，培养基 A 和培养基 B 分别还含有__________、________。从检测筛选的结果分析，含有目的基因的是________菌落中的细菌。为了确定抗盐烟草是否培育成功，既要用______技术作探针进行分子杂交检测，又要用_____________________ _______的方法从个体水平鉴定烟草植株的耐盐性。
(5)将转入抗盐基因的烟草细胞培育成完整的植株需要用__________技术， 愈伤组织经__________进而形成完整植株，此过程除营养物质外还必须向培养基中添加________。
【答案】(1)基因重组
(2)复制 表达(合成抗盐基因的 mRNA)
(3)SalⅠ HindⅢ 质粒 含抗盐基因的 DNA
(4)氨苄青霉素 四环素 4和6 PCR 一定浓度的盐水浇灌烟草植株(将烟草植株移栽到盐碱地中)
(5)植物组织培养 细胞增殖和分化(再分化) 植物激素(生长素和细胞分裂素)
【解析】(1)基因工程的原理是基因重组。(2)将抗盐基因直接导入烟草细胞，一般情况下，烟草不会具有抗盐特性，原因是抗盐基因在烟草细胞中不能复制，也不能表达，即不能转录和翻译成相应的蛋白质。(3)用SalⅠ和Hind Ⅲ两种限制酶对质粒和抗盐基因进行切割时，可保证重组DNA序列的唯一性，并且不会破坏抗盐基因。
(4)用SalⅠ和Hind Ⅲ两种限制酶对质粒进行切割时，会破坏抗四环素基因，但不会破坏抗氨苄青霉素基因，因此导入重组质粒的农杆菌能在含有氨苄青霉素的培养基上能生存，但不能在含有四环素的培养基上生存，所以培养基A和培养基B分别还含有氨苄青霉素、四环素，含目的基因的是4和6菌落中的细菌。可以用PCR技术检测目的基因是否插入了烟草细胞染色体的DNA上。除了从分子水平上进行检测，还可以从个体水平上进行检测，即用一定浓度的盐水浇灌烟草植株来检测烟草的耐盐性。(5)将转入抗盐基因的烟草细胞培育成完整的植株需要用植物组织培养技术，愈伤组织经再分化进而形成完整植株，此过程除营养物质外还必须向培养基中添加相应的植物激素。
1．构建基因表达载体不可缺少的工具酶是限制酶和DNA连接酶。
2．选择何种限制酶取决于目的基因内部是否含有限制酶的识别序列，以及目的基因两端和载体上的限制酶的识别序列和切割位点。解决此类问题时要遵循以下原则：①目的基因内部含有某种限制酶的识别序列，不能选用此种限制酶；②要在目的基因的两端和载体上切出相同的黏性末端或平末端，以保证目的基因与载体的连接；③至少保证载体上有一个标记基因不被破坏，以便筛选；④要确保目的基因能插入载体的启动子与终止子之间。
基因表达载体的构建与限制酶切割片段的判断
3．E.coli DNA连接酶只能连接双链DNA的黏性末端，而T4 DNA 连接酶既可连接双链DNA的黏性末端，又可连接平末端。因此，在构建基因表达载体时要根据限制酶切割的结果来加以选择。
4．限制酶切割DNA或载体后产生的片段数或片段长度：解答此类问题，首先要认真、仔细审题，明确每一种限制酶的切割位点，确定不同限制酶切割位点间的距离，然后再得出结论。
2015年，屠呦呦因发现青蒿素而获得诺贝尔生理学或医学奖。工业上一般从黄花蒿植株中提取青蒿素，产量低，价格高。基因工程及细胞工程等为培育出高青蒿素含量的黄花蒿提供了思路。科学家用紫外线处理大量黄花蒿幼苗后，偶然发现一株高产植株。通过基因测序发现与该高产植株控制青蒿素合成的一种关键酶的基因发生了突变。
(1)提取了高产植株的全部DNA后，要想快速大量获得该突变基因可以采用PCR技术，该技术的原理是____________________。
(2)将获得的突变基因导入普通黄花蒿之前，先构建基因表达载体，图1、2中箭头表示相关限制酶的酶切位点。请回答下列问题。
用图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，不能使用SmaⅠ限制酶切割，原因是_____________________________________，
为了便于目的基因与载体的连接，可以选用_____________限制酶进行切割；为了防止目的基因与载体的自连接和随意连接，可以选用_____________________________________
两种限制酶进行切割。构建好的重组质粒在其目的基因前要加上特殊的启动子，启动子是____________识别并结合的位点。
(3)检测目的基因是否表达出相应蛋白质，应采取__________技术。
【答案】(1)DNA半保留复制
(2)SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因及外源DNA中的目的基因 EcoRⅠ EcoRⅠ限制酶和BamHⅠ限制酶(或EcoRⅠ限制酶和HindⅢ限制酶，BamHⅠ限制酶和HindⅢ限制酶) RNA聚合酶
(3)抗原－抗体杂交
【解析】(1)PCR技术扩增目的基因的原理为DNA半保留复制，是一项体外扩增DNA的技术。(2)分析图2可知，目的基因和抗生素抗性基因中含有SmaⅠ限制酶的切割位点，因此若用SmaⅠ切割图中的质粒和外源DNA构建重组质粒，SmaⅠ会破坏质粒的抗性基因及外源DNA中的目的基因。目的基因的两端和载体上都有EcoRⅠ限制酶的识别序列，为了便于目的基因和载体的连接，可以用EcoRⅠ限制酶进行切割；
目的基因两端和载体上还有BamHⅠ限制酶和Hind Ⅲ限制酶的识别序列，为了防止目的基因和载体的自连接和随意连接，可以用EcoRⅠ限制酶和BamHⅠ限制酶，或EcoRⅠ限制酶和Hind Ⅲ限制酶，或BamHⅠ限制酶和Hind Ⅲ限制酶任一组合进行切割。构建好的重组质粒在其目的基因前要加上特殊的启动子，启动子是RNA聚合酶识别并结合的位点。(3)根据抗原与抗体能特异性并结合的特点，检测目的基因是否表达出相应蛋白质，应采取抗原—抗体杂交技术。
名称 作用部位 作用底物 作用结果
限制酶 磷酸二酯键 DNA 将DNA分子切成两个片段
DNA连接酶 磷酸二酯键 DNA片段 将两个DNA片段连接为一个DNA分子
耐高温的DNA聚合酶 磷酸二酯键 脱氧核苷酸 将单个脱氧核苷酸依次连接到单链末端
与DNA有关的几种酶
名称 作用部位 作用底物 作用结果
DNA酶 磷酸二酯键 DNA 将DNA片段水解为单个脱氧核苷酸
解旋酶 碱基对之间的氢键 DNA 将双链DNA分子局部解旋为单链，形成两条长链
RNA聚合酶 磷酸二酯键 核糖核苷酸 将单个核糖核苷酸依次连接到单链末端
为有效地控制疟疾的传播，研究人员对一种特异性地感染蚊子的真菌——平沙绿僵菌进行基因改造，让它产生一种更快地杀死携带疟原虫的蚊子的毒素。基因改造过程如图1。回答下列有关问题。
(1)下列对于图1中基因工程操作有关的工具及目的对应正确的是________(多选)。
选项 序号 工具或操作 目的
A ① 限制酶 获取毒素基因
B ① 限制酶、连接酶 构建重组质粒
C ② 其他微生物介入 重组质粒导入受体细胞
D ③ 荧光检测 筛选含有毒素基因的绿僵菌
(2)图2为DNA分子在不同酶的作用下所发生的变化。
图2中依次表示限制酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、解旋酶作用的正确顺序是______________。其中有磷酸二酯键形成的过程是______________。(均填序号)
图2
(3)在实验室内大量繁殖绿僵菌的过程中，保证培养条件无菌的操作有______(多选)。
A．按营养所需配制培养基
B．将配制好的培养基置于121 ℃、高压下15 min
C．在超净工作台上接种
D．使用灼烧后的接种环挑取绿僵菌的孢子
(4)该基因工程中使用的平沙绿僵菌，天然具有灭蚊效果。图3为对照组、野生绿僵菌和转基因绿僵菌环境下蚊子的存活情况。
研究者在导入毒素基因的同时，也转入了控制该基因表达的“开关”，使毒素基因只有在蚊子
体内才能被激活。请从防治效果和安全性两方面对该控蚊策略进行评价： _____________________________________。
【答案】(1)BCD (2)①④②③ ②④
(3)BCD (4)防治效果：①转基因绿僵菌环境下，蚊子的存活率下降迅速，防治效果良好；②尽管转基因绿僵菌环境下蚊子的存活率下降迅速，但后期趋于平缓，接近于野生绿僵菌环境，防治效果不持久。安全性：①该毒素基因仅在蚊子体内表达，避免了对自然界中其他生物产生毒害，提高了安全性；②蚊子的数量大幅下降，可能对其他生物的生存造成影响
【解析】(1)①表示用同一种限制酶切割毒素基因和质粒，除了获取毒素基因外，还用来获取与毒素基因具有相同黏性末端的质粒，A错误；①表示用限制酶切割毒素基因和质粒，再用DNA连接酶连接毒素基因和质粒，构建重组质粒，B正确；②表示利用农杆菌转化法将重组质粒导入受体细胞，C正确；③表示通过荧光检测，筛选出含有毒素基因的绿僵菌，D正确。故选BCD。
(2)限制酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列，并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断裂，形成黏性末端，因此作用于①；DNA聚合酶用于DNA分子的复制，能在单链上将一个个脱氧核苷酸连接起来，因此作用于④；DNA连接酶能在具有相同碱基末端的两个DNA片段之间形成磷酸二酯键，因此作用于②；解旋酶能够将DNA分子的双螺旋解开，故作用于③；其中DNA连接酶和DNA聚合酶催化形成磷酸二酯键，而限制酶催化磷酸二酯键断裂，解旋酶作用于氢键。
(3)配制好的培养基需要高压蒸汽灭菌，因此按营养所需配制培养基时，不需要无菌条件，A错误；配制好的培养基置于121 ℃、高压下15 min，必须保证无菌操作，B正确；在超净工作台上接种，必须保证无菌操作，C正确；使用灼烧后的接种环挑取绿僵菌的孢子，必须保证无菌操作，D正确。故选BCD。
(4)在导入毒素基因的同时，也转入了控制该基因表达的“开关”，使毒素基因只有在蚊子体内才能被激活。结合图3的曲线图分析可知，从防治效果评价：①转基因绿僵菌环境下，蚊子的存活率下降迅速，防治效果良好；②尽管转基因绿僵菌环境下蚊子的存活率下降迅速，但后期趋于平缓，接近于野生绿僵菌环境，防治效果不持久。从安全性评价：①该毒素基因仅在蚊子体内表达，避免了对自然界中其他生物产生毒害，提高了安全性；②蚊子的数量大幅下降，可能对其他生物的生存造成影响。
电泳图谱
1．原理
电泳是利用带电分子或离子所带电荷或分子量不同，在电场中移动距离(或速度)不同来达到分离分子或离子的方法，如等位基因A与 a，经限制酶切开后，由于相关片段分子量等差异，在电场中移动距离不同，从而使两种基因得以分离。
2．实例
对下面图1中1～4号个体进行基因检测，将含有该遗传病基因或正常基因的相关DNA片段各自用电泳法分离。正常基因显示一个条带，致病基因显示为另一个不同的条带，结果如下图2。请据图1、图2分析图1中5号及7号个体基因电泳条带应为何类？
图1
图2
分析如下：
(1)先据图1推得1～4号个体基因型，4号为aa，则1、2号均为Aa，3号为AA或Aa。
(2)将1～4号个体基因型与图2的电泳图谱做对照发现只有c编号的个体基因电泳带特别，只有条带2，无条带1，则c所代表的个体中基因型为“纯合子”，即只含一种基因，由此推测c为图1中1～4号中的4号个体。进一步结合图1与图2可推知a、b、d所代表的个体既含A又含a(由此确定3号不可能为AA)。
(3)由5、6号均正常，所生女儿7号为患者可推知，5号基因型为Aa，应含条带1、条带2；7号个体基因型为aa，其电泳条带应与c吻合。
(2021·河北卷)我国科学家利用栽培稻(H)与野生稻(D)为亲本，通过杂交育种方法并辅以分子检测技术，选育出了L12和L7两个水稻新品系。L12的12号染色体上带有D的染色体片段(含有耐缺氮基因TD)，L7的7号染色体上带有D的染色体片段(含有基因SD)，两个品系的其他染色体均来自H(图1)。H的12号和7号染色体相应片段上分别含有基因TH和SH。现将两个品系分别与H杂交，利用分子检测技术对实验一亲本及部分F2的TD/TH基因进行检测，对实验二亲本及部分F2的SD/SH基因进行检测，检测结果以带型表示(图2)。
回答下列问题：
(1)为建立水稻基因组数据库，科学家完成了水稻________条染色体的DNA测序。
(2)实验一F2中基因型TDTD对应的是带型__________。理论上，F2中产生带型Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的个体数量比为____________。
(3)实验二F2中产生带型α、β和γ的个体数量分别为12、120和108，表明F2群体的基因型比例偏离__________定律。进一步研究发现，F1的雌配子均正常，但部分花粉无活性。已知只有一种基因型的花粉异常，推测无活性的花粉带有__________(填“SD”或“SH”)基因。
(4)以L7和L12为材料，选育同时带有来自D的7号和12号染色体片段的纯合品系X(图3)。主要实验步骤包括：①__________________；
②对最终获得的所有植株进行分子检测，同时具有带型________的植株即为目的植株。
(5)利用X和H杂交得到F1，若F1产生的无活性花粉所占比例与实验二结果相同，雌配子均有活性，则F2中与X基因型相同的个体所占比例为____________。
【答案】(1)12 (2)Ⅲ 1∶2∶1 (3)基因分离 SD (4)①将L7和L12杂交，获得F1后自交 ②α和Ⅲ (5)1/80
【解析】分析题意和条带可知，L12的12号染色体上含有耐缺氮基因TD，其基因型为TDTD；L7的7号染色体上含有基因SD，基因型为SDSD；H的12号染色体上的基因为TH，7号染色体上的基因为SH，基因型为SHSHTHTH；TD与TH，SD与SH的遗传遵循基因分离和自由组合定律。(1)水稻为雌雄同株的植物，没有性染色体和常染色体之分，分析题图可知，水稻含有12对同源染色体，即有24条染色体，故对水稻基因组测序，需要完成12条染色体的DNA测序。
(2)实验一是将L12(基因型为TDTD)与H(基因型为THTH)杂交，F1的基因型为TDTH，F2的基因型分别为TDTD∶TDTH∶THTH＝1∶2∶1，其中TDTD对应的带型与亲本L12对应的条带相同，即条带Ⅲ，理论上，F2中产生带型Ⅰ∶Ⅱ∶Ⅲ的个体数量比为1∶2∶1。
(3)实验二是将L7(基因型为SDSD)与H(基因型为SHSH)杂交，F1的基因型为SDSH，理论上F2的基因型分别为SDSD∶SDSH∶SHSH＝1∶2∶1，其中SDSD对应的是带型与亲本L7对应的条带相同，即条带α，SDSH对应条带为β，SHSH对应条带为γ，理论上，F2中产生带型Ⅰ∶Ⅱ∶Ⅲ的个体数量比为1∶2∶1。实际上F2中产生带型α、β、γ的个体数量分别为12、120和108，表明F2群体的基因型比例偏离分离定律；进一步研究发现，F1的雌配子均正常，但部分花粉无活性；已知只有一种基因型的花粉异常，而带型α，即SDSD的个体数量很少，可推测无活性的花粉带有SD基因。
(4)已知TD与TH，SD与SH两对基因分别位于7号和12号染色体上，两对等位基因遵循自由组合定律，以L7和L12为材料，选育同时带有来自D的7号和12号染色体片段的纯合品系X，基因型为SDSDTDTD；同时考虑两对等位基因，可知L7的基因型为SDSDTHTH，L12的基因型为SHSHTDTD，①将L7和L12杂交，获得F1(SDSHTDTH)后自交，②对最终获得的所有植株进行分子检测，同时具有带型α和Ⅲ的植株即为目的植株。
(5)实验二中SDSD∶SDSH∶SHSH＝12∶120∶108＝1∶10∶9，可知花粉中SD∶SH＝1∶9，利用X(基因型为SDSDTDTD)和H(基因型为SHSHTHTH)杂交得到F1，基因型为SDSHTDTH，若F1产生的SD花粉无活性，所占比例与实验二结果相同，即雄配子类型及比例为SDTD∶SDTH∶SHTD∶SHTH＝1∶1∶9∶9，雌配子均有活性，类型及比例为SDTD∶SDTH∶SHTD∶SHTH＝1∶1∶1∶1，则F2中基因型为SDSDTDTD的个体所占比例为1/4×1/20＝1/80。
典练·素养提升
素养解读：本章主要内容是基因工程，通过学习基因工程，认识重组DNA技术的各种基本工具的特点，探究基因工程的基本操作程序，了解基因工程在农牧业、食品和医药卫生方面的应用和蛋白质工程的作用原理。常涉及的核心素养有生命观念(通过阐述DNA重组技术所需的三种工具的作用，建立结构与功能观)、科学思维和科学探究(能结合转基因抗虫棉的培育概述基因工程操作的基本操作程序，尝试设计探究某一转基因生物的研制过程；阐述蛋白质工程的原理和过程等)、社会责任(关注基因工程在农牧业、食品和医药卫生等行业的应用改善了人类生活品质等问题，关注蛋白质工程的应用，倡导理性客观的科学态度，做科学文化知识的传播者和践行者)。
1．(生命观念)下列有关基因工程的叙述，正确的是 ( )
A．E.coli DNA连接酶既能连接平末端，又能连接黏性末端
B．限制性内切核酸酶既能识别、切割DNA，又能识别、切割RNA
C．载体上的标记基因有利于筛选含重组DNA的细胞
D．细菌的质粒、棉花的核DNA、动植物病毒都可作为基因工程中的载体
【答案】C
【解析】E.coli DNA连接酶只能连接双链DNA片段互补的黏性末端，A错误；限制性内切核酸酶不能识别、切割RNA，B错误；载体上的标记基因有利于筛选含重组DNA的细胞，C正确；棉花的核DNA位于细胞核内的染色体上，不能作为基因工程的载体，D错误。
2．(科学思维、科学探究)下图是转基因抗冻番茄培育过程的示意图(ampr为抗氨苄青霉素基因)，其中①④表示相关的操作步骤，甲、乙表示相关结构或细胞。请据图作答(题中四种限制酶切割产生的末端不相同)：
(1)在构建基因表达载体时，可用一种或多种限制酶进行切割，为了避免目的基因和载体在酶切后发生任意连接，在此实验中应该选用__________分别对含鱼抗冻蛋白基因的DNA片段和质粒进行切割，含目的基因的DNA片段和质粒被切割后产生的DNA片段分别有________、________个。
(2)基因工程的核心步骤是________(填序号)，该步骤的目的是_____________________________________。
为了使目的基因正常表达，其首端必须有启动子，它是________识别和结合的部位。若限制酶切出了平末端，要选择__________(填“E．coli DNA连接酶”或“T4 DNA连接酶”)进行连接。
(3)图中将鱼抗冻蛋白基因导入番茄细胞的方法一般为__________。该方法用到的Ti质粒中含有________，可以将目的基因转移到受体细胞并整合到受体细胞的染色体上。
(4)检测番茄植株细胞中鱼抗冻蛋白基因是否成功表达，分子水平上常采用的方法是____________________。
【答案】(1)PstⅠ、SmaⅠ 4 2
(2)① 使目的基因稳定存在并能遗传下去，使目的基因能够表达及发挥作用 RNA聚合酶 T4 DNA连接酶
(3)农杆菌转化法 T－DNA (4)抗原－抗体杂交
【解析】在构建基因表达载体时，如果目的基因和载体用同一种限制酶切割，获得的末端相同，可能会发生自连现象。为避免目的基因和载体在酶切后发生任意连接，应选用两种不同的限制酶切割，分析图中4种酶的切割位点可知，应选用PstⅠ和SmaⅠ对含鱼抗冻蛋白基因的DNA片段、质粒进行切割，含目的基因的DNA片段被切割后产生4个DNA片段，质粒被切割后产生2个DNA片段。(2)基因工程的核心步骤是①(基因表达载体的构建)，该步骤的目的是使目的基因稳定存在并能遗传下去，使目的基因能够表达及发挥作用。启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位。若限制酶切出了平末端，应选择T4 DNA连接酶进行连接。
(3)图中将鱼抗冻蛋白基因导入番茄细胞的方法一般为农杆菌转化法。该方法用到的Ti质粒中含有T－DNA，可以将目的基因转移到受体细胞并整合到受体细胞的染色体上。(4)检测番茄植株细胞中鱼抗冻蛋白基因是否成功表达，分子水平上常采用的方法是抗原－抗体杂交。
3．(科学探究)人体内的t-PA蛋白能高效降解由纤维蛋白凝聚而成的血栓，但给心梗患者注射大剂量基因工程t-PA蛋白会诱发颅内出血。研究证实，将t-PA蛋白第84位的半胱氨酸换成丝氨酸，能显著降低其出血副作用。对天然t-PA基因进行改造，并使其在大肠杆菌细胞内表达，可制造出改良t-PA蛋白。如图表示相关的目的基因、载体及限制酶。pCLY 11为质粒，新霉素为抗生素。
(1)制造出性能优异的改良t-PA蛋白的过程属于__________工程，是通过__________基因来实现的。
(2)据图分析，应选择__________酶切开pCLY 11，才能使其与t-PA改良基因高效连接；neor基因的作用是________________________。
(3)将重组质粒导入大肠杆菌时，一般先用________处理大肠杆菌，目的是________________。
(4)筛选和鉴定含有重组质粒的受体细胞，需要在培养液中添加__________，选择有新霉素抗性的大肠杆菌，同时还可以根据mlacZ基因的表达情况，选择______色的大肠杆菌。
【答案】(1)蛋白质 改造或合成相关
(2)XmaⅠ和BglⅡ 筛选成功导入重组pCLY11的细菌 (3)Ca2+ 使大肠杆菌处于容易吸收外源DNA的状态 (4)新霉素 白
【解析】(1) 对天然t-PA基因进行改造，并使其在大肠杆菌细胞内表达，可制造出改良t-PA蛋白， 要达到上述目的，需要先对天然的t-PA基因进行改造，再采取传统的基因工程方法表达该突变基因，可制造出性能优异的t-PA突变蛋白，这属于蛋白质工程技术。
(2)由于目的基因的两端的碱基序列分别是CCGG、CTAG, 所以应用XmaⅠ和Bgl Ⅱ两种限制酶切开质粒pCLY 11，才能实现目的基因和质粒的高效连接，重组质粒中neor基因的作用是作为标记基因，根据标记基因的作用实现对成功导入重组pCLY11的细菌进行筛选。(3)将重组质粒导入大肠杆菌时，一般先用Ca2+处理大肠杆菌，其目的是使大肠杆菌处于容易吸收外源DNA的状态，提高转化效率。
(4)筛选和鉴定含有重组质粒的受体细胞，需要在培养液中添加新霉素，因为pCLY 11质粒中含有新霉素抗性基因，能在其上生长的是具有新霉素抗性的大肠杆菌，对于有新霉素抗性的大肠杆菌，同时还可以根据mlacZ基因的表达情况，选择白色菌落的大肠杆菌，这是因为在构建基因表达载体时破坏了mlacZ，导致表达产物使细胞呈白色，即在加入新霉素的培养基中形成菌落的受体细胞并非都是目的菌株，需选择呈白色的菌落，进一步培养、 检测和鉴定。
4．(科学探究、社会责任)糖尿病是危害人类健康的严重疾病之一，注射胰岛素是目前治疗糖尿病最为有效的途径和手段，如何生产优质而不昂贵的人胰岛素，是当下医疗界和制药界急需攻克的科学难题。下图为利用基因工程技术生产人胰岛素的操作过程示意图，请回答：
(1)在基因表达载体中，__________的作用是RNA聚合酶识别和结合的部位，并驱动基因转录出mRNA。
(2)图中细胞1是________细胞。过程②必需的酶是__________。过程③④⑤为______________技术扩增目的基因，此过程必需的酶是______________。在体外进行PCR操作时，实现过程③的处理方法是______________。能否利用人的皮肤细胞来完成过程①？为什么？_____________________________________。
(3)图中B的基本组成单位有____种；为便于重组DNA的鉴定和选择，图中C的组成必须有________；将体外重组DNA导入大肠杆菌体内，并使其在细胞内维持稳定和表达的过程称为转化。为使过程⑧更易进行，可用______________处理大肠杆菌，目的是使大肠杆菌细胞处于能够吸收周围环境中DNA分子的生理状态(即感受态)。由于重组DNA分子成功导入受体细胞的效率低，所以在转化后通常需要进行________操作。
(4)若过程⑨发生了变异，则此变异为________________。过程⑩得到的人胰岛素需要经体外加工才具有生物活性，原因是大肠杆菌____________________________。
(5)目的基因在受体细胞中是否能转录出mRNA，可用____________等技术来检测。
【答案】(1)启动子
(2)胰岛B 逆转录酶 PCR 耐高温的DNA聚合酶 加热变性 不能，皮肤细胞中的胰岛素基因未表达，不能形成胰岛素mRNA
(3)4 标记基因 Ca2+(或CaCl2) 筛选
(4)基因突变 没有内质网和高尔基体，不能对蛋白质进行加工
(5)PCR
【解析】(1)基因表达载体中的启动子是RNA聚合酶识别和结合的部位。(2)图中细胞1产生了胰岛素mRNA，为胰岛B细胞；②为逆转录过程，需要逆转录酶的催化；③④⑤表示利用PCR技术扩增目的基因的过程，需要耐高温的DNA聚合酶的参与，其中过程③表示解旋，该过程的处理方法是加热变性。皮肤细胞中的胰岛素基因未表达，不能形成胰岛素mRNA，因此不能利用人的皮肤细胞来完成过程①。
(3)图中B表示质粒，化学本质是DNA，是由4种脱氧核苷酸组成的；C是重组质粒，其含有的标记基因可以用于重组DNA的鉴定和选择；过程⑧表示将目的基因导入受体细胞的过程，一般要用钙离子处理大肠杆菌，使大肠杆菌处于感受态，便于重组质粒的导入；由于重组DNA分子成功导入受体细胞的效率低，所以在转化后通常需要进行筛选操作。(4)过程⑨表示目的基因在原核生物体内扩增的过程，只能发生基因突变；由于大肠杆菌是原核生物，没有内质网和高尔基体，不能对蛋白质进行加工，因此过程⑩得到的人胰岛素需要经过体外加工才具有生物活性。(5)目的基因在受体细胞中是否能转录形成mRNA，可用PCR等技术来检测。(共35张PPT)
第1章 发酵工程
章末总结
构建·知识网络
归纳·专题小结
比较项目 泡菜制作 果酒制作 果醋制作
所用菌种制作原理 乳酸菌 酵母菌 醋酸菌
乳酸菌无氧呼吸 酵母菌无氧呼吸 醋酸菌有氧呼吸
操作流程
加入调味料、装坛→发酵→产品 挑选葡萄→冲洗→榨汁→酒精发酵→醋酸发酵
泡菜、果酒、果醋制作中所用菌种及发酵条件控制的比较
比较项目 泡菜制作 果酒制作 果醋制作
条件控制 氧气 无氧 前期有氧，后期无氧 有氧
温度 室温 18～30 ℃ 30～35 ℃
时间 腌制15 d左右 10～12 d 7～8 d
操作提示 泡菜坛的选择；腌制的条件 材料的选择与处理；防止发酵液被污染；控制好发酵条件；正确使用发酵装置
下列关于泡菜、果酒、果醋制作相关的叙述，正确的是 ( )
A．三者制作过程中的最适温度相同
B．在泡菜、果酒、果醋制作过程中都需要严格灭菌
C．发酵所用的菌种不同，但代谢类型相同
D．制作泡菜时泡菜坛一般要密封，主要目的是创造无氧条件
【答案】D
【解析】泡菜制作所需要的适宜温度是室温，果酒制作所需要的适宜温度是18～30 ℃，果醋制作所需要的适宜温度是30～35 ℃，A错误；传统制作泡菜、果酒、果醋过程中不需要严格灭菌，B错误；泡菜制作使用的菌种是乳酸菌，代谢类型为异养厌氧型，果酒制作使用的菌种为酵母菌，代谢类型为异养兼性厌氧型，果醋制作使用的菌种为醋酸菌，其代谢类型为异养需氧型，C错误；制作泡菜时泡菜坛一般要密封，主要目的是创造无氧条件，D正确。
微生物的基本培养技术
如图是实验室培养和纯化酵母菌过程中的部分操作步骤，下列说法错误的是 ( )
A．①步骤使用的培养基已经灭菌并调节过pH
B．①②③步骤操作时均需要在酒精灯火焰旁进行
C．④在恒温培养箱中培养时需要将平板倒置
D．④操作过程中，需灼烧接种环5次
【答案】D
【解析】①为倒平板，该步骤使用的培养基已经灭菌并调节过pH，A正确；①②③步骤操作时需要在酒精灯火焰旁进行，防止被杂菌污染，B正确；④在恒温培养箱中培养时需要将平板倒置，防止冷凝水滴入培养基，造成污染，C正确；每次划线前后都要灼烧接种环，因此④操作过程中，需灼烧接种环6次，D错误。
1．利用选择培养基分离纯化某种微生物
(1)在基本培养基中加入青霉素可分离纯化酵母菌、霉菌；在基本培养基中加入高浓度的食盐可分离纯化金黄色葡萄球菌。
(2)普通培养基在无氧条件下可分离出厌氧型、兼性厌氧型微生物。
(3)无氮培养基：分离纯化固氮菌，如圆褐固氮菌。
(4)不含有机碳源的培养基：分离纯化自养型细菌，如硝化细菌。
(5)将石油作为唯一碳源的培养基可分离出能分解石油的细菌。
鉴别和分离微生物的实验设计
2．利用鉴别培养基检验某种微生物是否存在
鉴别培养基是根据微生物的代谢特点，在培养基中加入某种指示剂或化学药品配制而成的，用以鉴别不同种类的微生物。例如利用刚果红染色法可以鉴别纤维素分解菌，纤维素分解菌的菌落会出现以该菌为中心的透明圈。
甲、乙、丙是三种微生物，下表Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ是用来培养微生物的三种培养基。甲、乙、丙都能在Ⅲ中正常生长繁殖；甲能在Ⅰ中正常生长繁殖，而乙和丙都不能；乙能在Ⅱ中正常生长繁殖，甲、丙都不能。下列说法正确的是 ( )
组别 粉状硫10 g K2HPO44 g FeSO40.5 g 蔗糖10 g
Ⅰ ＋ ＋ ＋ ＋
Ⅱ ＋ ＋ ＋ －
Ⅲ ＋ ＋ ＋ ＋
A．甲、乙、丙都是异养微生物
B．甲、乙都是自养微生物、丙是异养微生物
C．甲是异养微生物、乙是固氮微生物、丙是自养微生物
D．甲是固氮微生物、乙是自养微生物、丙是异养微生物
【答案】D
组别 (NH4)2SO40.4 g H2O100 mL MgSO49.25 g CaCl20.5 g
Ⅰ － ＋ ＋ ＋
Ⅱ ＋ ＋ ＋ ＋
Ⅲ ＋ ＋ ＋ ＋
【解析】利用不同的选择培养基可分离出所需的微生物，从表格中可以看出Ⅰ培养基中无氮源，Ⅱ培养基中无碳源，Ⅲ为完全培养基。由此可知，能在Ⅰ中生存的甲是固氮微生物，能在Ⅱ中生存的乙是自养微生物，丙只在Ⅲ中存活，为异养微生物，故D正确。
典练·素养提升
素养解读：本章的主要内容是发酵工程，通过学习传统发酵技术的应用、微生物的培养技术及应用，发酵工程及其应用，认识从传统发酵技术到发酵工程发展的过程。本章涉及的核心素养有生命观念(结合生活或生产实例，举例说出培养基、灭菌等有关微生物培养的基本概念，掌握培养基的制备、高压蒸汽灭菌、平板划线法和稀释涂布平板法等技术的基本原理)、科学思维(了解传统发酵技术和发酵工程技术在日常生活、医药、食品、环保及其他农业生产上的重要应用)、科学探究(运用相关技术解决生产生活中有关微生物计数、微生物分离与培养等实际问题，针对人类生产或生活的某一需求，选取合适的技术和方法，尝试提出初步的构想，进行简单的设计)、社会责任(运用生物学的基本概念和原理，阐述发酵工程对人类生产和生活的影响)。
1．(生命观念)下表是某公司研发的一种培养大肠杆菌菌群的培养基配方，请根据表格和所学知识回答下列相关问题。
成分 蛋白胨 乳糖 蔗糖 K2HPO4 显色剂(伊红美蓝) 琼脂
含量/g 10.0 5.0 5.0 2.0 0.2 12.0
将上述物质溶解后，用蒸馏水定容至1 000 mL
(1)大肠杆菌的代谢类型为________，从生态系统的成分上看，大肠杆菌属于________。
(2)在微生物的实验室培养中，获得纯净培养物的关键是________ ______，因此需对培养基和培养皿进行______(填“消毒”或“灭菌”)，操作者的双手需要进行清洗和________。
(3)根据用途划分，该培养基属于________(填“选择”或“鉴别”)培养基，若要分离能分解尿素的细菌需将培养基中的________换成________，若要鉴定能分解尿素的细菌还需将伊红美蓝换成_________ _______。
(4)培养大肠杆菌时，常用的接种方法是____________和__________ ______。通过上述方法可以分离到由一个细胞繁殖而来的肉眼可见的子细胞群体，称为__________。
(5)使用以下微生物发酵生产特定产物时，所利用的主要微生物的细胞结构与大肠杆菌相同的是________(多选)。
A．制作果酒 B．用果酒制作果醋
C．制作泡菜 D．制作腐乳
【答案】(1)异养型 分解者
(2)防止杂菌污染 灭菌 消毒
(3)鉴别 蛋白胨 尿素 酚红指示剂
(4)平板划线法 稀释涂布平板法 单菌落
(5)BC
【解析】(1)大肠杆菌需要从培养基中获得碳源，因此其代谢类型是异养型；大肠杆菌在生态系统的成分中充当分解者。(2)微生物培养时，关键是防止杂菌污染；对于培养基和培养皿需要进行灭菌处理，操作者的双手需要进行消毒处理。(3)培养基配方中的伊红美蓝是鉴定大肠杆菌的试剂，因此，从用途上划分，该培养基属于鉴别培养基；若要分离能分解尿素的细菌，则需要保证培养基中以尿素为唯一氮源，即将蛋白胨换成尿素；鉴定能分解尿素的细菌，需要使用酚红指示剂。
(4)微生物的接种方法有平板划线法和稀释涂布平板法；由一个细菌繁殖产生的子细胞群体，称为单菌落。(5)制备果酒使用的微生物是酵母菌；制作果醋使用的微生物是醋酸菌；制作泡菜使用的微生物是乳酸菌；制作腐乳使用的微生物主要是毛霉。酵母菌和毛霉属于真核生物，醋酸菌、乳酸菌和大肠杆菌都属于原核生物。
2．(科学思维)下列有关传统发酵技术和发酵工程的应用的叙述，不正确的是 ( )
A．制作果酒时瓶口要密闭，而制作果醋时中断通氧可能会引起醋酸菌死亡
B．在变酸的果酒表面观察到的菌膜是醋酸菌在液面大量繁殖而形成的
C．泡菜腌制的整个过程中，乳酸菌的数量呈先增加后稳定的趋势
D．发酵工程在农牧业上可以生产微生物肥料、微生物农药、微生物饲料等
【答案】C
【解析】酵母菌发酵产生酒精时需要缺氧的环境，所以制作果酒时瓶口应该密闭，而醋酸菌是好氧细菌，所以制作果醋时要一直通氧，若中断通氧可能会引起醋酸菌死亡，A正确；在变酸的果酒表面观察到的菌膜是醋酸菌在液面大量繁殖而形成的，B正确；泡菜腌制的整个过程中，乳酸菌的数量呈先增加后下降的趋势，C错误；发酵工程在农牧业上可以用来生产微生物肥料、微生物农药、微生物饲料，D正确。
3．(科学探究)为了调查某河流的水质状况，某研究小组测定了该河流水样中的细菌含量，并进行了细菌分离等工作。下图是实验室内接种培养后得到的结果，下列相关叙述正确的是 ( )
A．图B表示的是用平板划线法接种培养后得到的结果
B．可利用稀释涂布平板法测定该水样中的细菌数量
C．若该小组采用平板划线法分离水样中的细菌，操作时应注意对接种环进行干热灭菌
D．若该小组将得到的好氧型菌株接种到液体培养中并混匀，一部分静置培养，另一部分振荡培养，结果会发现：静置培养的细菌比振荡培养的细菌生长速度快
【答案】B
【解析】图B表示的是用稀释涂布平板法接种培养后得到的结果，A错误；稀释涂布平板法可以用来进行微生物的分离和计数，故可利用稀释涂布平板法测定该水样中的细菌数量，B正确；若该小组采用平板划线法分离水样中的细菌，操作时应注意对接种环进行灼烧灭菌，C错误；若该小组将得到的好氧型菌株接种到液体培养基中并混匀，一部分静置培养，另一部分振荡培养，结果会发现：静置培养的细菌由于缺氧而比振荡培养的细菌生长速度慢，D错误。
4．(科学探究、社会责任)莠去津是一种含氮农药，在土壤中不易降解，为修复被其污染的土壤，按下面程序选育能降解莠去津的细菌(目的菌)。已知莠去津在水中溶解度低，含过量莠去津的固体培养基不透明。据图回答问题。
(1)由图推断，从A瓶到C瓶液体培养的过程称为____________ ________，目的是______________________________。
(2)在将C瓶菌种接种到固体培养基之前通常要进行________，将菌种接种到固体培养基的方法有平板划线法和______________法，从图中看本实验采用的是________(填“前者”或“后者”)。一段时间后，培养基出现无透明带菌落和有透明带菌落两种菌落，我们筛选的目的菌是________菌落中的细菌，该菌落生长所需的氮元素主要来源于______________________。
(3)为弄清固体培养基中的非目的菌落来自C瓶菌种还是培养基，要如何设置对照组？____________________________________。
(4)此实验中，甲同学从培养基上筛选出大约50个菌落，而乙同学却选择出大约150个菌落。乙同学的实验结果产生的原因可能是_________ _________________________________________。
(5)目的菌株液可以通过发酵工程大量获得，在发酵过程中，要随时检测培养液中的__________、产物浓度等，以了解发酵进程，及时添加必需的______________，严格控制______、pH和溶解氧等发酵条件。
【答案】(1)选择培养 初步选择能降解莠去津的细菌(目的菌)并提高其密度
(2)梯度稀释 稀释涂布平板 后者 有透明带 莠去津
(3)配制的培养基灭菌后不接种菌种，与实验组放在相同条件下培养
(4)所取土样不同；操作失误，有杂菌混入
(5)微生物数量 营养组分 温度
【解析】(1)通过图解可以看出，从A瓶到C瓶的培养液中除莠去津外，没有其他氮源，而本实验的目的是选育能降解莠去津的细菌(目的菌)，同时通过更换培养液，提高目的菌的浓度。(2)如果直接取培养液进行接种，固体培养基中的菌落将会很密，无法进行纯化 ，通过梯度稀释后再接种，培养基中菌落将会分开，这时就可以进行分离和纯化了，通过图中所示培养基上的菌落分布特征可以判断接种方法为稀释涂布平板法。培养基中有透明带的菌落能够降解莠去津。
(3)为了弄清非目的菌的来源，可以通过设置空白对照的方法来判断。如果不接种的培养基上依然有非目的菌，则说明非目的菌可能来自培养基；如果不接种的培养基上没有非目的菌，则说明非目的菌可能来自C瓶菌种。(4)甲、乙两同学的实验结果产生差别的原因可能有土壤取样不同，也可能是操作失误，乙同学操作时有杂菌混入。(5)发酵过程中，要随时检测培养液中微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程，及时添加必需的营养组分，严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。(共33张PPT)
第4章 生物技术的安全性与伦理问题
章末总结
构建·知识网络
生物技术的安全性与伦理问题
生物技术的安全性与伦理问题
归纳·专题小结
转基因产品的安全性
下列选项中明显体现了转基因生物引发的食物安全问题的是 ( )
A．转基因猪的细胞中含有人的生长激素基因，因而猪的生长速度快，个体大
B．转基因大米中含有β-胡萝卜素，营养丰富，产量高
C．转基因植物合成的某些新蛋白质，引起个别人过敏
D．让转基因牛为人类生产凝血因子，并在牛奶中提取
【答案】C
【解析】转基因生物引发食物安全的理由是对食物的安全性检测不够，担心出现滞后效应，担心出现新的过敏原，担心营养成分改变，把动物蛋白基因转入农作物，侵犯宗教信仰者或素食者权益。C项体现出转基因生物引发的食物安全问题，A、B、D三项均没有体现。
关注生殖性克隆人
美国某生物技术公司利用成人细胞首次克隆出人类早期胚胎的消息公布后，引起了全世界的轩然大波。中国政府明确表示：中国不赞成、不允许、不支持、不接受任何克隆人实验，赞成以治疗和预防疾病为目的的人类胚胎干细胞研究，但研究必须是有序的，并且要在有效监控条件下进行。请回答以下问题：
(1)高等动物的克隆方法一般是供体(被克隆个体)的体细胞的细胞核＋去核卵细胞→重组细胞→早期胚胎→个体。
①克隆羊“多莉”采用了上述技术路线，一般认为这种生殖方式是________生殖。
②克隆技术的突破说明了_____________________________。
③“胚胎干细胞”是指胚胎发育初期具有无限增殖能力和全能分化能力的细胞。中国科学家利用牛胚胎干细胞改进了克隆技术，培育出多头克隆牛，使得工厂化生产克隆动物成为可能，其方法可能是供体牛的细胞核＋去核卵细胞→_______→________→________→许多克隆牛。
(2)下列不属于中国政府反对克隆人的原因的是________。
A．大力推广克隆技术对保持生物多样性具有重要意义
B．如果克隆人早期胚胎的试验不加控制地进行下去，克隆人终将诞生
C．克隆人一旦出生，整个人伦方面观念化的东西都被推翻，同时会带来人种优化、宗教混乱等社会政治问题
D．克隆技术并不绝对成熟，不能保证克隆出无缺陷的人
【答案】(1)①无性
②高度分化的动物细胞核具有全能性；卵细胞质具有使高度分化的动物细胞去分化的能力
③胚胎干细胞 胚胎分割 胚胎移植
(2)A
禁止生物武器
下列有关生物武器的说法，不正确的是 ( )
A．生物试剂与化学试剂最大的不同点是，在一定条件下，有些生物试剂具有自我繁殖能力
B．对待生物武器的态度应明确而坚定，即可适当使用生物武器
C．生物武器可以直接或通过食物、生活必需品、空气、水等散布到敌方
D．生物武器与常规武器相比，生物武器的使用受地形、风向等多种因素的影响
【答案】B
【解析】生物试剂与化学试剂最大的不同点是，在一定条件下，有些生物试剂具有自我繁殖能力。对待生物武器的态度应明确而坚定，即坚决禁止生物武器。生物武器可以直接或通过食物、生活必需品、空气、水等散布到敌方。生物武器与常规武器相比，生物武器的使用受地形、风向等多种因素的影响。
典练·素养提升
素养解读：本章的主要内容是生物技术的安全性与伦理问题，转基因产品的安全，关注生殖性克隆人及禁止生物武器。常涉及的核心素养有生命观念(治疗性克隆，“设计试管婴儿”和试管婴儿等)、科学思维(理性看待转基因技术，认同对生殖性克隆人可能面临的伦理问题等)、科学探究(转基因技术在转基因产品的应用等)、社会责任(对转基因食品的争论，生物武器的威胁，形成坚决禁止生物武器和维护世界和平的态度等)。
1．(科学探究)对番茄的研究发现，害虫损伤番茄的叶片后，叶片细胞的细胞壁能释放一种类激素因子，这种物质通过细胞组织扩散到茎和其他叶片上，启动了蛋白酶抑制剂的基因，开始高效合成蛋白酶抑制剂，并在茎、叶中迅速积累，以对付害虫的再次侵袭。蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用，因此害虫取食后，就会因无法消化食物而被杀死。人们尝试着将蛋白酶抑制剂基因导入玉米，让玉米获得与番茄相似的抗虫性状，以对付异常猖獗的玉米螟(一种玉米害虫)。试分析回答以下问题。
(1)将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米体内，使玉米形成新的性状，这种变异属于____________。
(2)能抗玉米螟的抗虫玉米的生态效果显著，有人认为抗虫玉米就是无虫玉米，不必防治害虫，你是否赞成这种说法？__________。说明理由：______________________________________________。
(3)有人对食用这种转基因玉米的安全性感到担忧。你认为这种担忧有必要吗？______。试用学过的知识进行简要的分析说明：________ _____________________________。
【答案】(1)基因重组
(2)不赞成 转基因玉米能抵抗玉米螟，但并不能抵抗所有的害虫(合理即可)
(3)有必要 这种转基因玉米中可能含有蛋白酶抑制剂，食用后可能抑制人体消化酶的活性，使人无法对食物进行消化而出现疾病(或没有必要 因为人与害虫消化酶的结构存在差异，玉米的蛋白酶抑制剂对害虫的消化酶有抑制作用，但对人可能无影响；没有必要 人类食用的通常是煮熟后的玉米食品，玉米蛋白酶抑制剂在高温下已被破坏，因此不会对人的消化造成影响)
【解析】将番茄的蛋白酶抑制剂基因导入玉米体内，属于基因工程范畴，它的原理是基因重组。抗虫玉米只是转入了特定的抗虫基因，并不是对任何害虫均有作用，另外随着变异和选择的进行，变异的害虫个体会越来越适应环境，故也要防治害虫。关于转基因生物的安全性问题，是开放性的题目，根据教材中的观点给出支持自己观点的论据即可。
2．(科学思维)如今，从土豆、草莓到西红柿，各种各样的转基因产品已经潜入寻常百姓家，有资料显示，我国餐桌上有50%以上的大豆色拉油属于转基因食品。然而近年来，有关转基因食品是否影响健康的争论不绝于耳。例如，1999年，美国康奈尔大学的研究人员将转Bt基因(苏云金杆菌抗虫蛋白基因)玉米花粉撒在苦芭菜上喂食黑脉金斑蝶，4天后黑脉金斑蝶死亡率达44%，而对照组无一死亡，研究者认为该转基因玉米对生物有毒。
(1)报道转基因作物大面积种植已多年，食用转基因食品的人群超过10亿，至今没有转基因食品不安全的任何实例。转基因食品是安全的，试分析原因：_____________________________________。
(2)自1983年转基因作物在美国问世以来，用生物技术改造农产品的研究与应用进展飞快。2001年全球转基因作物的种植面积达到5 000万公顷。试问：转基因产品到底有什么优势？_____________________。
(3)有人认为转基因生物会造成基因污染，危害生态系统的稳定性。你是怎样理解的？
_____________________________________。
【答案】(1)转基因食物被煮熟之后，细胞就被破坏了，进入人消化系统后，基因被消化成小分子物质而失去遗传作用；我们所吃的转基因改良谷物是长期人工选择的结果，人们食用后并没有不适和影响健康；转基因食品仅是农作物品种中加入一两个对人类无害的已知性状的基因等
(2)可缩短育种时间；可定向改造生物的性状；可提高粮食产量，解决粮食问题
(3)转基因生物中含的外源基因可能会通过杂交在环境中传递，可能会由此产生“超级杂草”“超级害虫”等，使得生物多样性受到破坏(合理即可)
【解析】本题主要考查了转基因食品的安全性问题。转基因食品虽然导入了外源生物的基因，但是为人类所利用的仍然是其中所含的营养物质，而不是基因。转基因作物与天然作物相比，由于导入了抗病、抗虫、抗逆等基因，因而更具有生长优势，而且可以减少农药化肥的使用，有助于环保。对于转基因生物的安全性，本来就是一个探究中的争论问题，因而没有固定答案，合理即可。
3．(社会责任)某学习小组的同学在对当地栽培作物种类进行调查时，发现有的地方种植了转基因抗除草剂玉米，这种玉米在喷洒了除草剂的环境中生长良好，而杂草被除草剂杀死，给农民节省了很大的人力和物力。跟踪调查还发现，这种转基因玉米除被直接食用外，还被加工成食品摆在超市的货架上。请回答下列问题：
(1)一部分同学认为，这种转基因玉米不会对当地的生物多样性构成威胁。如果你同意这种观点，请你列举出三条理由：
①____________________________；
②____________________________；
③____________________________。
(2)用转基因玉米加工制成的食品被摆在超市货架上，生产厂商应根据我国的有关规定，对产品进行转基因生物标注，这样做是为了保护消费者的知情权。在有关标识中，应标注“________________”或“________________________”。如果该产品中已不再含有或检测不出转基因成分，应标注“本产品为____________加工制成，但本产品中____________________________”。
【答案】(1)①玉米与其他植物之间存在生殖隔离
②玉米花粉的传播距离有限
③玉米花粉的存活时间有限(合理即可)
(2)转基因玉米加工品 加工原料为转基因玉米 转基因玉米 已不再含有转基因成分
4．(生命观念)目前，科学家正致力于应用生物技术进行一些疾病的治疗，如器官移植。请回答下列问题。
(1)人体器官移植面临的主要问题有__________________________和__________________等，目前临床通过使用免疫抑制剂抑制T细胞的增殖来提高器官移植的成活率。
(2)胚胎干细胞(EK细胞)来源于________________或原始性腺，也可以通过________技术得到重组细胞后再进行相应处理获得。通过对患者的EK细胞进行____________，可培育出特定人造组织器官，进而解决免疫排斥问题。
(3)人们发现小型猪的器官可用来替代人体器官进行移植，但小型猪器官表面的某些抗原仍可引起免疫排斥。目前，科学家正试图利用基因工程对小型猪的器官进行改造，在改造中导入小型猪基因组中的一些调节因子属于基因工程中的____________，作用是___________________ _________________。
(4)克隆技术在带来巨大社会效益和经济效益的同时，也对人们的传统观念造成极大冲击，我国政府的态度是禁止__________性克隆人。
【答案】(1)免疫排斥 供体器官不足
(2)囊胚期的内细胞团 核移植 定向分化
(3)目的基因 抑制小型猪器官表面抗原的表达
(4)生殖
【解析】(1)器官移植最大的问题是免疫排斥，所以要用免疫抑制剂来降低免疫力，以减少排斥反应。(2)胚胎干细胞简称EK细胞，是从早期胚胎(囊胚期的内细胞团)或原始性腺中分离出来的一类细胞，它能被诱导分化为机体中几乎所有的细胞类型。利用患者的EK细胞分化成的器官进行移植，由于遗传物质完全相同，所以不会发生免疫排斥反应。(3)引起免疫排斥反应的是小型猪器官表面的某些抗原，所以应该用抑制抗原表达的基因作为目的基因。(4)我国禁止生殖性克隆人。
